(57)【要約】【課題】燃料ガスの供給により温度低下が生じる部品を簡単な構成で効率よく加熱する。【解決手段】燃料電池１８のカソード側１８Ｃからの酸化剤排ガスを、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２へ向けて排出して、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の外面に吹き付ける。これによって、燃料電池１８への燃料ガスの供給により温度低下が生じる燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２を、燃料電池１８にて発生した熱エネルギーを利用して効率よく昇温することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを用いた化学反応によりエネルギーを発生する反応器へ燃料ガスを供給可能であり、且つ反応器への燃料ガスの供給とともに内部圧力が低下する燃料ガス供給部を備える燃料ガス供給装置であって、
燃料ガス供給部に反応器からの排出ガスをあてることで燃料ガス供給部を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料ガス供給装置であって、
加熱手段は、燃料ガス供給部にあてる排出ガスの温度を調整することで燃料ガス供給部の加熱状態を調整する温度調整手段を含むことを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料ガス供給装置であって、
加熱手段は、燃料ガス供給部にあてる排出ガスの量を調整することで燃料ガス供給部の加熱状態を調整する排出ガス調整弁を含むことを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の燃料ガス供給装置であって、
燃料ガス供給部の少なくとも一部がケースにより覆われており、
加熱手段は、反応器からの排出ガスをケース内部に供給することで燃料ガス供給部を加熱することを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料ガス供給装置であって、
ケースには、反応器からの排出ガスをケース内部に流入させる流入口と、流入口から流入した排出ガスをケース内部に拡散させる拡散手段と、が設けられていることを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載の燃料ガス供給装置であって、
燃料ガス供給部は、反応器へ供給するための燃料を内部に蓄える燃料容器を含み、
加熱手段は、燃料容器に反応器からの排出ガスをあてることで燃料容器を加熱することを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１に記載の燃料ガス供給装置であって、
燃料ガス供給部は、内部を燃料ガスが通過する燃料配管を含み、
加熱手段は、燃料配管に反応器からの排出ガスをあてることで燃料配管を加熱することを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１に記載の燃料ガス供給装置であって、
燃料ガス供給部は、反応器へ供給する燃料ガスの圧力を調整する燃料調整弁を含み、
加熱手段は、燃料調整弁に反応器からの排出ガスをあてることで燃料調整弁を加熱することを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１に記載の燃料ガス供給装置であって、
燃料ガス供給部は、反応器として、燃料ガスと酸化剤ガスを用いた化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池へ燃料ガスを供給可能であることを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１に記載の燃料ガス供給装置であって、
燃料ガス供給部は、反応器として、燃料ガスが燃焼する化学反応により動力を発生するエンジンへ燃料ガスを供給可能であることを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項１１】
燃料ガスを用いた化学反応によりエネルギーを発生する反応器へ燃料ガスを供給可能であり、且つ反応器への燃料ガスの供給とともに内部圧力が低下する燃料ガス供給部を備える燃料ガス供給装置であって、
燃料ガス供給部から放出された燃料ガスと燃料ガス供給部との間で熱交換を行うことが可能な熱交換手段が設けられていることを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料ガス供給装置であって、
熱交換手段で燃料ガス供給部との熱交換に用いられる燃料ガスの供給状態を調整する調整手段が設けられていることを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料ガス供給装置であって、
燃料ガス供給部の温度を検出する温度検出手段が設けられ、
調整手段では、温度検出手段で検出された燃料ガス供給部の温度に基づいて、前記燃料ガスの供給状態が調整されることを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれか１に記載の燃料ガス供給装置であって、
熱交換手段は、燃料ガス供給部から放出された燃料ガスと反応器からの排出ガスとの間で熱交換を行った後に、該熱交換後の燃料ガスと燃料ガス供給部との間で熱交換を行うことが可能であることを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか１に記載の燃料ガス供給装置であって、
燃料ガス供給部は、燃料ガスのシールを行うためのシール部材を含み、
熱交換手段は、燃料ガス供給部から放出された燃料ガスとシール部材との間で熱交換を行うことが可能であることを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項１６】
燃料ガスと酸化剤ガスを用いた化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池と、
燃料電池へ燃料ガスを供給可能であり、且つ燃料電池への燃料ガスの供給とともに内部圧力が低下する燃料ガス供給部と、
を備える燃料電池システムであって、
燃料ガス供給部に燃料電池からの排出ガスをあてることで燃料ガス供給部を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１７】
燃料ガスと酸化剤ガスを用いた化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池と、
燃料電池へ燃料ガスを供給可能であり、且つ燃料電池への燃料ガスの供給とともに内部圧力が低下する燃料ガス供給部と、
を備える燃料電池システムであって、
燃料ガス供給部から放出された燃料ガスと燃料ガス供給部との間で熱交換を行うことが可能な熱交換手段が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１においては、充填容器にエンジン用の燃料ガスを充填するための充填用配管を充填容器内へ接続する充填通路と、充填容器からエンジンへ燃料ガスを供給するための供給用配管を充填容器内へ接続する供給通路と、が充填容器の弁本体に設けられている。さらに、充填通路及び供給通路の、充填容器内への開放端に隣接してヒータが設けられている。特許文献１において燃料ガスを充填容器内に充填する際には、ヒータにより充填通路及び供給通路を加熱することで、弁本体の温度がジュール・トムソン効果により急激に低下するのを抑制している。
【０００３】
また、その他の背景技術として、下記特許文献２〜４による燃料電池システムが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第２９４３９８０号明細書
【特許文献２】特開２００２−３１３３８９号公報
【特許文献３】特開平１０−１２２５６号公報
【特許文献４】特開平９−２４５８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば燃料電池等に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置においては、燃料ガスの供給とともに内部圧力が低下することで、過度の温度低下が発生する場合がある。そのため、過度の温度低下に対する部品の耐寒性の確保が課題となる。
【０００６】
特許文献１においては、ヒータによる加熱で部品の温度低下の抑制を図っている。しかし、ヒータを設置する必要があるため、その分コスト高を招くことになる。そして、ヒータの設置箇所に制約があるため、温度低下が生じる部品を効率よく加熱することが困難である。
【０００７】
本発明は、燃料ガスの供給により温度低下が生じる部品を簡単な構成で効率よく加熱することができる燃料ガス供給装置及び燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料ガス供給装置及び燃料電池システムは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００９】
本発明に係る燃料ガス供給装置は、燃料ガスを用いた化学反応によりエネルギーを発生する反応器へ燃料ガスを供給可能であり、且つ反応器への燃料ガスの供給とともに内部圧力が低下する燃料ガス供給部を備える燃料ガス供給装置であって、燃料ガス供給部に反応器からの排出ガスをあてることで燃料ガス供給部を加熱する加熱手段が設けられていることを要旨とする。
【００１０】
燃料ガス供給部が燃料ガスを反応器へ供給するときは、内部圧力の低下によって温度が低下する。ここでの燃料ガス供給部での温度低下による到達温度は、反応器からの排出ガスの温度よりも低くなる。本発明においては、燃料ガス供給部に反応器からの排出ガスをあてることで、温度低下が生じる燃料ガス供給部を加熱することができる。
【００１１】
本発明の一態様では、加熱手段は、燃料ガス供給部にあてる排出ガスの温度を調整することで燃料ガス供給部の加熱状態を調整する温度調整手段を含むことが好適である。
【００１２】
また、本発明の一態様では、加熱手段は、燃料ガス供給部にあてる排出ガスの量を調整することで燃料ガス供給部の加熱状態を調整する排出ガス調整弁を含むことが好適である。
【００１３】
また、本発明の一態様では、燃料ガス供給部の少なくとも一部がケースにより覆われており、加熱手段は、反応器からの排出ガスをケース内部に供給することで燃料ガス供給部を加熱することが好適である。この態様では、ケースには、反応器からの排出ガスをケース内部に流入させる流入口と、流入口から流入した排出ガスをケース内部に拡散させる拡散手段と、が設けられていることが好適である。
【００１４】
また、本発明の一態様では、燃料ガス供給部は、反応器へ供給するための燃料を内部に蓄える燃料容器を含み、加熱手段は、燃料容器に反応器からの排出ガスをあてることで燃料容器を加熱することが好適である。
【００１５】
また、本発明の一態様では、燃料ガス供給部は、内部を燃料ガスが通過する燃料配管を含み、加熱手段は、燃料配管に反応器からの排出ガスをあてることで燃料配管を加熱することが好適である。
【００１６】
また、本発明の一態様では、燃料ガス供給部は、反応器へ供給する燃料ガスの圧力を調整する燃料調整弁を含み、加熱手段は、燃料調整弁に反応器からの排出ガスをあてることで燃料調整弁を加熱することが好適である。
【００１７】
また、本発明の一態様では、燃料ガス供給部は、反応器として、燃料ガスと酸化剤ガスを用いた化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池へ燃料ガスを供給可能であることが好適である。
【００１８】
また、本発明の一態様では、燃料ガス供給部は、反応器として、燃料ガスが燃焼する化学反応により動力を発生するエンジンへ燃料ガスを供給可能であることが好適である。
【００１９】
また、本発明に係る燃料ガス供給装置は、燃料ガスを用いた化学反応によりエネルギーを発生する反応器へ燃料ガスを供給可能であり、且つ反応器への燃料ガスの供給とともに内部圧力が低下する燃料ガス供給部を備える燃料ガス供給装置であって、燃料ガス供給部から放出された燃料ガスと燃料ガス供給部との間で熱交換を行うことが可能な熱交換手段が設けられていることを要旨とする。
【００２０】
燃料ガス供給部から放出された燃料ガスは、外気温度やジュール・トムソン効果により昇温する。本発明においては、この昇温した燃料ガスと燃料ガス供給部との間で熱交換を行うことで、温度低下が生じる燃料ガス供給部を加熱することができる。
【００２１】
本発明の一態様では、熱交換手段で燃料ガス供給部との熱交換に用いられる燃料ガスの供給状態を調整する調整手段が設けられていることが好適である。この態様では、燃料ガス供給部の温度を検出する温度検出手段が設けられ、調整手段では、温度検出手段で検出された燃料ガス供給部の温度に基づいて、前記燃料ガスの供給状態が調整されることが好適である。
【００２２】
また、本発明の一態様では、熱交換手段は、燃料ガス供給部から放出された燃料ガスと反応器からの排出ガスとの間で熱交換を行った後に、該熱交換後の燃料ガスと燃料ガス供給部との間で熱交換を行うことが可能であることが好適である。
【００２３】
また、本発明の一態様では、燃料ガス供給部は、燃料ガスのシールを行うためのシール部材を含み、熱交換手段は、燃料ガス供給部から放出された燃料ガスとシール部材との間で熱交換を行うことが可能であることが好適である。
【００２４】
また、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを用いた化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池と、燃料電池へ燃料ガスを供給可能であり、且つ燃料電池への燃料ガスの供給とともに内部圧力が低下する燃料ガス供給部と、を備える燃料電池システムであって、燃料ガス供給部に燃料電池からの排出ガスをあてることで燃料ガス供給部を加熱する加熱手段が設けられていることを要旨とする。
【００２５】
また、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを用いた化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池と、燃料電池へ燃料ガスを供給可能であり、且つ燃料電池への燃料ガスの供給とともに内部圧力が低下する燃料ガス供給部と、を備える燃料電池システムであって、燃料ガス供給部から放出された燃料ガスと燃料ガス供給部との間で熱交換を行うことが可能な熱交換手段が設けられていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、反応器への燃料ガスの供給とともに内部圧力が低下する燃料ガス供給部に反応器からの排出ガスをあてることで、燃料ガス供給部を加熱することができる。その結果、燃料ガスの供給により温度低下が生じる燃料ガス供給部を簡単な構成で効率よく加熱することができる。
【００２７】
また、本発明によれば、燃料ガス供給部から放出された燃料ガスと燃料ガス供給部との間で熱交換を行うことで、燃料ガス供給部を加熱することができる。その結果、燃料ガスの供給により温度低下が生じる燃料ガス供給部を簡単な構成で効率よく加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００２９】
「実施形態１」
図１は、本発明の実施形態１に係る燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムの概略構成を示す図である。本実施形態に係る燃料電池システムは、以下に説明する燃料タンク１０−１，１０−２、燃料供給配管１２、燃料減圧弁１４−１，１４−２，１４−３、酸化剤供給配管１６、燃料電池１８、燃料排ガス配管２０、酸化剤排ガス配管２２、熱交換器２４、及びケース２６を備えている。
【００３０】
燃料タンク１０−１，１０−２は、その内部に燃料ガスを貯蔵する。ここでの燃料ガスとしては、例えば水素（Ｈ2）ガスを用いることができる。燃料タンク１０−１，１０−２の出口部には、燃料減圧弁１４−１，１４−２がそれぞれ設けられている。燃料タンク１０−１，１０−２の内部に高圧で蓄えられた燃料ガスは、燃料減圧弁１４−１，１４−２によりそれぞれ減圧されてから燃料供給配管１２の内部へ供給される。燃料タンク１０−１，１０−２と燃料電池１８を接続するための燃料供給配管１２の途中には、燃料減圧弁１４−３が設けられている。燃料供給配管１２の内部を通過する燃料ガスは、燃料減圧弁１４−３によりさらに減圧されてから燃料電池１８のアノード側１８Ａにアノードガスとして供給される。このように、本実施形態では、燃料タンク１０−１，１０−２に蓄圧された燃料ガスを、燃料減圧弁１４−１，１４−２，１４−３によりその圧力を調整（減圧）してから燃料電池１８のアノード側１８Ａに供給する。また、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２は、図１，２に示すように、ケース２６の内部に収納されていることで、ケース２６により覆われている。ただし、図１，２では、燃料タンク１０−１，１０−２を支持するための部材の図示を省略している。
【００３１】
一方、酸化剤供給配管１６の内部には図示しないコンプレッサから酸化剤ガスが供給される。ここでの酸化剤ガスとしては、例えば空気を用いることができる。コンプレッサから供給された酸化剤ガスは、酸化剤供給配管１６の内部を通過して燃料電池１８のカソード側１８Ｃにカソードガスとして供給される。
【００３２】
化学反応によりエネルギーを発生する反応器として設けられた燃料電池１８においては、アノード側１８Ａに供給された燃料ガス（水素ガス）がアノードの触媒作用によりプロトン（Ｈ+）及び電子（ｅ-）へと解離する。解離したプロトンは電解質膜中を移動し、電子は外部負荷を通ってカソードに移動し、カソードの触媒作用でカソード側１８Ｃに供給された酸化剤ガス（空気）に含まれる酸素と反応して水を生成する。この燃料ガスと酸化剤ガスを用いた電気化学反応により、電気エネルギーが生成され、さらに、熱エネルギーも発生する。電気化学反応に供された後の燃料排ガスは、アノード側１８Ａから燃料排ガス配管２０の内部へ排出され、電気化学反応に供された後の酸化剤排ガスは、カソード側１８Ｃから酸化剤排ガス配管２２の内部へ排出される。
【００３３】
燃料電池１８により電気エネルギーを生成するために、燃料タンク１０−１，１０−２から燃料供給配管１２を介して燃料電池１８のアノード側１８Ａへ燃料ガスを供給するときは、燃料電池１８のアノード側１８Ａへの燃料ガスの供給に伴い燃料タンク１０−１，１０−２や燃料供給配管１２や燃料減圧弁１４−１，１４−２，１４−３の内部圧力が低下する。この内部圧力の低下によって、例えば燃料タンク１０−１，１０−２や燃料減圧弁１４−１，１４−２等の部品の温度が低下する。そのため、過度の温度低下に対する部品の耐寒性の確保が問題となる。なお、ここでの部品の温度低下による到達温度は、燃料電池１８のカソード側１８Ｃからの酸化剤排ガスの温度よりも低くなる。
【００３４】
そこで、本実施形態では、燃料電池１８から排出される電気化学反応後の排ガス（オフガス）を利用して燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２を加熱することで、部品の過度の温度低下を防止する。そのために、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２を覆うケース２６に流入口２６Ａを設け、酸化剤排ガス配管２２を燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２へ向けて延設し、酸化剤排ガス配管２２の出口をケース２６の流入口２６Ａに接続する。これによって、燃料電池１８のカソード側１８Ｃから排出された酸化剤排ガスは、酸化剤排ガス配管２２を介してケース２６の内部へ供給され、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の外面へ向けて送出される。
【００３５】
さらに、ケース２６の流入口２６Ａの近傍には拡散部材３０が設けられている。流入口２６Ａから流入した酸化剤排ガスは、図３，４の矢印に示すように、この拡散部材３０により拡散されてからケース２６の内部を流れることで、ケース２６の内部に収納された燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の外面に吹きあてられる。また、ケース２６には流出口２６Ｂが設けられており、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の外面に吹きあてられた酸化剤排ガスは、この流出口２６Ｂからケース２６の外部に排出される。なお、拡散部材３０については、例えば複数の孔が形成され、酸化剤排ガスを透過させることが可能な略半球形状の板状部材により構成することができる。また、燃料電池１８のカソード側１８Ｃに供給される酸化剤ガスが空気の場合は、カソード側１８Ｃから排出される酸化剤排ガスには窒素（Ｎ2）が主として含まれる。
【００３６】
また、燃料電池１８とケース２６を接続するための酸化剤排ガス配管２２の途中には、熱交換器２４が設けられている。この熱交換器２４においては、酸化剤排ガス配管２２の内部を流れる酸化剤排ガスとポンプ２８から供給された流体との間で熱交換が行われる。この熱交換によって、ケース２６の内部に供給する酸化剤排ガスの温度、すなわち燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の外面に吹きあてる酸化剤排ガスの温度を調整することができ、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の温度（加熱状態）を調整することができる。なお、ポンプ２８から供給され熱交換器２４にて酸化剤排ガスと熱交換が行われた流体については、例えば燃料電池１８のカソード側１８Ｃへ酸化剤ガスを供給するコンプレッサ等の部品に吹きあてることで、コンプレッサ等の部品の凍結を抑止することができる。
【００３７】
以上説明した本実施形態においては、燃料電池１８のカソード側１８Ｃからの酸化剤排ガスを、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２へ向けて排出して、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の外面に吹き付ける。これによって、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２を加熱する。このように、燃料電池１８にて発生した熱エネルギーを利用して燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２を加熱することができる。そして、酸化剤排ガスによる加熱であるため、ヒータによる加熱と異なり、加熱箇所に制約が生じることもない。したがって、本実施形態によれば、燃料電池１８への燃料ガスの供給により温度低下が生じる燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２を簡単な構成で効率よく昇温することができる。その結果、過度の温度低下による部品の劣化を抑制することができる。さらに、過度の温度低下による燃料電池１８の効率低下を抑制することができる。
【００３８】
そして、本実施形態においては、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の外面に吹き付ける酸化剤排ガスの温度を熱交換器２４おける熱交換により調整することができるので、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の昇温状態を調整することができる。したがって、酸化剤排ガスによる燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の加熱を適切に行うことができる。
【００３９】
また、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２を覆うケース２６の内部に燃料電池１８からの酸化剤排ガスを供給することで、酸化剤排ガスを燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の外面に効率よく吹き付けることができる。さらに、流入口２６Ａから流入した酸化剤排ガスを拡散部材３０によりケース２６の内部に拡散させることで、酸化剤排ガスを燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の外面に、より広範囲に吹き付けることができる。
【００４０】
次に、本実施形態の他の構成例について説明する。
【００４１】
本実施形態においては、図５に示すように、制御弁３２を設けることもできる。この制御弁３２の開度を調整することで、燃料電池１８のカソード側１８Ｃからケース２６の内部に供給される酸化剤排ガスの流量、すなわち燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の外面に吹き付ける酸化剤排ガスの流量を調整することができる。これによって、燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の昇温状態を調整することができるので、酸化剤排ガスによる燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２の加熱を適切に行うことができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、燃料電池１８のアノード側１８Ａへの燃料ガスの供給に伴い燃料供給配管１２の内部圧力が低下するため、燃料電池１８のカソード側１８Ｃからの酸化剤排ガスを燃料供給配管１２へ向けて排出して燃料供給配管１２の外面に吹きあてることで、燃料供給配管１２を加熱することもできる。その場合は、燃料供給配管１２をケースで覆い、燃料電池１８からの酸化剤排ガスをケース内部に供給することで、燃料供給配管１２を加熱することもできる。また、燃料電池１８からの酸化剤排ガスを燃料減圧弁１４−３へ向けて排出して燃料減圧弁１４−３の外面に吹きあてることで、燃料減圧弁１４−３を加熱することもできる。その場合は、燃料減圧弁１４−３をケースで覆い、燃料電池１８からの酸化剤排ガスをケース内部に供給することで、燃料減圧弁１４−３を加熱することもできる。本実施形態では、燃料電池１８からの酸化剤排ガスを燃料タンク１０−１，１０−２、燃料供給配管１２、及び燃料減圧弁１４−１，１４−２，１４−３のいずれか１つ以上に吹きあてることで、燃料電池１８への燃料ガスの供給により温度低下が生じる部品を加熱することができる。
【００４３】
また、以上の本実施形態の説明では、燃料ガスを用いた化学反応によりエネルギーを発生する反応器として、燃料電池１８へ燃料ガスを供給する場合について説明した。ただし、本実施形態では、反応器として、燃料ガスが燃焼する化学反応により動力を発生するエンジンへ燃料ガスを供給することもできる。この場合は、エンジンからの排気ガスを燃料タンク１０−１，１０−２、燃料供給配管１２、及び燃料減圧弁１４−１，１４−２，１４−３のいずれか１つ以上（例えば燃料タンク１０−１，１０−２及び燃料減圧弁１４−１，１４−２）に吹きあてる。これによって、エンジンへの燃料ガスの供給により温度低下が生じる部品を、エンジンにて発生した熱エネルギーを利用して効率よく加熱することができる。また、燃料タンク１０−１，１０−２の内部に蓄えられる燃料については、高圧圧縮ガスの他に、例えば揮発性の高い液化水素ガスや液化天然ガスや液化石油ガス等であってもよい。
【００４４】
「実施形態２」
図６〜８は、本発明の実施形態２に係る燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムの概略構成を示す図であり、図６はシステム全体の概略構成を示し、図７は燃料ガス供給装置の概略構成を示し、図８は燃料タンク内部の概略構成を示す。燃料ガス供給部として設けられた燃料タンク１１０は、その内部に燃料ガスを貯蔵する。実施形態１と同様に、ここでの燃料ガスについても、水素（Ｈ2）ガスを用いることができる。燃料タンク１１０の出口部には略筒状の口金１１０ａが取り付けられており、口金１１０ａには開閉動作可能なシャットバルブ１１０ｂが内挿されている。ここでのシャットバルブ１１０ｂは、図８に示すように、口金１１０ａの内壁と嵌合されたバルブハウジング１１０ｃと、バルブハウジング１１０ｃの内部に形成された燃料放出用流路１１０ｅを開閉するバルブ本体１１０ｄと、を含む。バルブハウジング１１０ｃの外周と口金１１０ａの内壁との間には、燃料ガスのシールを行うためのシール部材としてＯリング１１９が設けられている。
【００４５】
シャットバルブ１１０ｂ内部の燃料放出用流路１１０ｅは、燃料タンク１１０と燃料電池１１８のアノード側１１８Ａとを接続するための燃料供給配管１１２に接続されている。燃料供給配管１１２には、燃料タンク１１０側から燃料電池１１８側へ順に、開閉動作可能なシャットバルブ１１３、開閉動作可能なシャットバルブ１１４、及び燃料タンク１１０から燃料電池１１８への燃料ガスの流れを許容し且つ燃料電池１１８から燃料タンク１１０への燃料ガスの流れを遮断する逆止弁１１５が設けられている。
【００４６】
シャットバルブ１１０ｂ，１１３，１１４がいずれも開いているときは、燃料放出用流路１１０ｅ及び燃料供給配管１１２における燃料ガスの流れ、つまり燃料タンク１１０から燃料電池１１８への燃料ガスの流れが許容される。このときは、燃料タンク１１０から燃料ガスが放出されて、燃料電池１１８のアノード側１１８Ａに燃料ガスが供給される。一方、シャットバルブ１１０ｂ，１１３，１１４が閉じているときは、燃料タンク１１０から燃料電池１１８への燃料ガスの流れが遮断され、燃料電池１１８のアノード側１１８Ａへの燃料ガスの供給が停止される。
【００４７】
一方、酸化剤供給配管１１６の内部にはコンプレッサ１１１から酸化剤ガスが供給される。ここでの酸化剤ガスとしては、例えば空気を用いることができる。コンプレッサ１１１から供給された酸化剤ガスは、酸化剤供給配管１１６の内部を通過して燃料電池１１８のカソード側１１８Ｃにカソードガスとして供給される。
【００４８】
化学反応によりエネルギーを発生する反応器として設けられた燃料電池１１８においては、実施形態１と同様に、アノード側１１８Ａに供給された燃料ガス（水素ガス）がアノードの触媒作用によりプロトン（Ｈ+）及び電子（ｅ-）へと解離する。解離したプロトンは電解質膜中を移動し、電子は外部負荷を通ってカソードに移動し、カソードの触媒作用でカソード側１１８Ｃに供給された酸化剤ガス（空気）に含まれる酸素と反応して水を生成する。この燃料ガスと酸化剤ガスを用いた電気化学反応により、電気エネルギーが生成され、さらに、熱エネルギーも発生する。電気化学反応に供された後の燃料排ガスは、アノード側１１８Ａから燃料排ガス配管１２０の内部へ排出され、電気化学反応に供された後の酸化剤排ガスは、カソード側１１８Ｃから酸化剤排ガス配管１２２の内部へ排出される。
【００４９】
燃料電池１１８により電気エネルギーを生成するために、燃料タンク１１０から燃料ガスを放出して、燃料電池１１８のアノード側１１８Ａへ燃料ガスを供給するときは、燃料電池１１８のアノード側１１８Ａへの燃料ガスの供給に伴い燃料タンク１１０の内部圧力が低下する。この内部圧力の低下によって、燃料タンク１１０の温度が低下し、例えばＯリング（シール部材）１１９等の部品の温度も低下する。Ｏリング１１９の温度が低下すると、Ｏリング１１９の弾性低下によりＯリング１１９のシール性能の低下を招きやすくなる。なお、燃料タンク１１０（Ｏリング１１９）の温度低下量は、燃料タンク１１０からの燃料ガスの放出量が増大するほど大きくなる。
【００５０】
そこで、本実施形態では、燃料タンク１１０から放出された燃料ガスと燃料タンク１１０（Ｏリング１１９）との間で熱交換を行う。燃料タンク１１０から放出された燃料ガスは外気温度やジュール・トムソン効果により昇温するため、この昇温した燃料ガスと燃料タンク１１０（Ｏリング１１９）との間で熱交換を行うことで、温度低下が生じる燃料タンク１１０（Ｏリング１１９）を昇温することができる。以下、燃料タンク１１０から放出された燃料ガスと燃料タンク１１０（Ｏリング１１９）との間で熱交換を行うための構成例について説明する。
【００５１】
図８に示すように、バルブハウジング１１０ｃの内部には熱交換用流路１１０ｆが形成されている。熱交換用流路１１０ｆは、Ｏリング（シール部材）１１９の付近を通っており、熱交換用流路１１０ｆを流れる燃料ガスとＯリング１１９との間で熱交換を行うことができる。供給側配管１２８ａについては、その一端が燃料供給配管１１２と接続され、その他端が熱交換用流路１１０ｆの一端と接続されている。排出側配管１２８ｃについては、その一端が熱交換用流路１１０ｆの他端と接続され、その他端が燃料供給配管１１２と接続されている。ここで、燃料供給配管１１２における排出側配管１２８ｃとの接続位置は、燃料タンク１１０から燃料電池１１８への燃料ガスの流れに関して、燃料供給配管１１２における供給側配管１２８ａとの接続位置よりも下流側である。また、供給側配管１２８ａには開閉動作可能な開閉弁１２８ｂが配設されており、開閉弁１２８ｂの開閉動作により、熱交換用流路１１０ｆでＯリング１１９との熱交換に用いられる燃料ガスの供給状態を調整することができる。
【００５２】
図７に示すように、シャットバルブ１１０ｂには、燃料タンク１１０内部（シャットバルブ１１０ｂ内部）の温度Ｔを検出する温度センサ１２９が配設されている。温度センサ１２９からのシャットバルブ１１０ｂ内部の温度Ｔを示す信号は、制御装置１３０に入力される。制御装置１３０は、温度センサ１２９で検出されたシャットバルブ１１０ｂ内部の温度Ｔに基づいて、開閉弁１２８ｂの開閉制御を行うことで、熱交換用流路１１０ｆでＯリング１１９との熱交換に用いられる燃料ガスの供給状態を制御する。以下、制御装置１３０が熱交換用流路１１０ｆでＯリング１１９との熱交換に用いられる燃料ガスの供給状態を制御する処理の詳細について、図９のフローチャートを用いて説明する。図９のフローチャートは、燃料電池１８により発電を行う場合（シャットバルブ１１０ｂ，１１３，１１４が開いている場合）に所定時間おきに繰り返して実行される。
【００５３】
まずステップＳ１０１では、温度センサ１２９からの燃料タンク１１０内部（シャットバルブ１１０ｂ内部）の温度Ｔを示す信号の読み込み処理が実行される。次にステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で読み込まれた燃料タンク１１０内部（シャットバルブ１１０ｂ内部）の温度Ｔが閾値Ｔ０より大きいか否かが判定される。シャットバルブ１１０ｂ内部の温度Ｔが閾値Ｔ０以下の場合はステップＳ１０３に進み、シャットバルブ１１０ｂ内部の温度Ｔが閾値Ｔ０より大きい場合はステップＳ１０４に進む。
【００５４】
ステップＳ１０３では、開閉弁１２８ｂが開状態に制御される。このときは、燃料供給配管１１２内部から、供給側配管１２８ａ内部、熱交換用流路１１０ｆ、及び排出側配管１２８ｃ内部を経て燃料供給配管１１２内部に戻る循環路が形成される。そのため、燃料タンク１１０から放出された燃料ガスの一部は、供給側配管１２８ａ内部を通って熱交換用流路１１０ｆに供給されることで、Ｏリング１１９の付近を流れてＯリング１１９との間で熱交換される。燃料タンク１１０から放出された燃料ガスは外気温度やジュール・トムソン効果により昇温しているため、この熱交換によってＯリング１１９の温度が上昇する。Ｏリング１１９と熱交換が行われた後の燃料ガスは、排出側配管１２８ｃ内部を通って燃料供給配管１１２内部に戻る。そして、本処理の実行を終了する。
【００５５】
一方、ステップＳ１０４では、開閉弁１２８ｂが閉状態に制御される。このときは、前述の循環路が開閉弁１２８ｂにより遮断されているため、熱交換用流路１１０ｆを流れる燃料ガスとＯリング１１９との熱交換によるＯリング１１９の昇温は行われない。そして、本処理の実行を終了する。
【００５６】
以上説明した本実施形態では、シャットバルブ１１０ｂ内部の温度Ｔが閾値Ｔ０以下のときに開閉弁１２８ｂを開けて、燃料タンク１１０から放出された燃料ガスの一部とＯリング１１９との間で熱交換を行う。燃料タンク１１０から放出された燃料ガスは外気温度やジュール・トムソン効果により昇温しているため、この熱交換によって温度低下が生じるＯリング１１９を昇温することができる。そして、燃料ガスによる昇温であるため、ヒータによる昇温と異なり、昇温箇所に制約が生じることもない。したがって、本実施形態によれば、燃料電池１１８への燃料ガスの供給により温度低下が生じる部品（Ｏリング１１９）を簡単な構成で効率よく昇温することができる。その結果、過度の温度低下による部品の劣化（Ｏリング１１９のシール性能の低下）を抑制することができる。
【００５７】
次に、本実施形態の他の構成例について説明する。
【００５８】
本実施形態では、図１０に示すように、Ｏリング（シール部材）１１９付近を通る熱交換用流路１１０ｆを口金１１０ａの内部に形成することもできる。図１０に示す構成例においても、燃料電池１１８への燃料ガスの供給により温度低下が生じるＯリング１１９を簡単な構成で効率よく昇温することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、図１１に示すように、燃料タンク１１０から放出された燃料ガスの一部と燃料電池１１８から排出された電気化学反応後の排ガス（オフガス）との間で熱交換を行うことが可能な熱交換器１２４を設けることもできる。図１１に示す構成例では、熱交換器１２４は、開閉弁１２８ｂが開いているときに、供給側配管１２８ａ内部を流れる燃料ガスと酸化剤排ガス配管１２２内部を流れる酸化剤排ガスとの間で熱交換を行う。この熱交換によって、供給側配管１２８ａ内部を流れる燃料ガス（燃料タンク１１０から放出された燃料ガスの一部）を昇温することができる。そして、熱交換器１２４による熱交換後（昇温後）の燃料ガスが、熱交換用流路１１０ｆに供給されることでＯリング１１９との間で熱交換される。
【００６０】
図１１に示す構成例では、燃料タンク１１０から放出された燃料ガスの一部と燃料電池１１８のカソード側１１８Ｃから排出された酸化剤排ガスとの間で熱交換を行った後に、この熱交換後の燃料ガスとＯリング１１９との間で熱交換を行うことで、燃料電池１１８にて発生した熱エネルギーを利用してＯリング１１９を昇温することができる。したがって、燃料電池１１８への燃料ガスの供給により温度低下が生じるＯリング１１９をさらに効率よく昇温することができる。
【００６１】
また、シャットバルブ１１０ｂのバルブ本体１１０ｄにも、燃料ガスのシールを行うためのシール部材が設けられている。このバルブ本体１１０ｄのシール部材についても、燃料電池１１８への燃料ガスの供給に伴う燃料タンク１１０の内部圧力の低下によって、温度低下が生じる。バルブ本体１１０ｄのシール部材の温度が低下すると、シール部材の弾性低下によりシール性能の低下を招きやすくなる。
【００６２】
そこで、本実施形態では、熱交換用流路１１０ｆがバルブ本体１１０ｄのシール部材付近を通るように熱交換用流路１１０ｆをバルブハウジング１１０ｃの内部に形成することで、燃料タンク１１０から放出された燃料ガスの一部とバルブ本体１１０ｄのシール部材との間で熱交換を行うこともできる。この熱交換によって、燃料電池１１８への燃料ガスの供給により温度低下が生じるバルブ本体１１０ｄのシール部材を簡単な構成で効率よく昇温することができる。その結果、過度の温度低下によるシール部材のシール性能の低下を抑制することができる。
【００６３】
さらに、本実施形態では、熱交換用流路１１０ｆが燃料放出用流路１１０ｅ付近を通るように熱交換用流路１１０ｆをバルブハウジング１１０ｃの内部に形成することで、燃料タンク１１０から放出された燃料ガスの一部と燃料放出用流路１１０ｅを流れる燃料ガスとの間で熱交換を行うこともできる。ここでは、燃料放出用流路１１０ｅの燃料ガスの流れに関してバルブ本体１１０ｄよりも上流位置付近を熱交換用流路１１０ｆが通るように熱交換用流路１１０ｆを形成することで、バルブ本体１１０ｄよりも上流位置にて熱交換用流路１１０ｆを流れる燃料ガスと燃料放出用流路１１０ｅを流れる燃料ガスとの間で熱交換を行う。この熱交換によって、燃料放出用流路１１０ｅを流れる燃料ガスは昇温してからバルブ本体１１０ｄを通過するため、バルブ本体１１０ｄのシール部材を昇温することができる。その結果、過度の温度低下によるシール部材のシール性能の低下を抑制することができる。
【００６４】
また、以上の本実施形態の説明では、燃料ガスを用いた化学反応によりエネルギーを発生する反応器として、燃料電池１１８へ燃料ガスを供給する場合について説明した。ただし、本実施形態でも実施形態１と同様に、反応器として、燃料ガスが燃焼する化学反応により動力を発生するエンジンへ燃料ガスを供給することもできる。また、燃料タンク１１０の内部に蓄えられる燃料についても実施形態１と同様に、高圧圧縮ガスの他に、例えば揮発性の高い液化水素ガスや液化天然ガスや液化石油ガス等であってもよい。
【００６５】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施形態１に係る燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムの動作を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムの動作を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムの他の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図９】制御装置が熱交換用流路でＯリングとの熱交換に用いられる燃料ガスの供給状態を制御する処理を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態２に係る燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムの他の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態２に係る燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムの他の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０−１，１０−２，１１０  燃料タンク、１２，１１２  燃料供給配管、１４−１，１４−２，１４−３  燃料減圧弁、１６，１１６  酸化剤供給配管、１８，１１８  燃料電池、２０，１２０  燃料排ガス配管、２２，１２２  酸化剤排ガス配管、２４，１２４  熱交換器、２６  ケース、３０  拡散部材、３２  制御弁、１１０ａ  口金、１１０ｂ，１１３，１１４  シャットバルブ、１１０ｃ  バルブハウジング、１１０ｄ  バルブ本体、１１０ｅ  燃料放出用流路、１１０ｆ  熱交換用流路、１１９  Ｏリング、１２８ａ  供給側配管、１２８ｂ  開閉弁、１２８ｃ  排出側配管、１２９  温度センサ、１３０  制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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